KAIST 라이보2 마라톤 완주, 배터리 교체 없이 42km 달성 – 네이처 본지 게재

KAIST와 라이온로보틱스가 공동으로 개발한 사족보행 로봇 라이보2가 2024년 11월 상주 곶감 마라톤에서 배터리 교체 없이 42.195km 전 구간을 완주했다는 사실은 로봇 공학계에 새로운 기준을 제시한다. 4시간 19분 52초라는 기록은 기존 사족 로봇이 보여준 최장 주행 거리와 비교해 현저히 앞선 수치이며, 배터리 하나만으로 장거리 이동이 가능하다는 점에서 에너지 효율성의 혁신을 입증한다. 이러한 성과가 세계적인 과학 저널 네이처 본지에 게재됨으로써, 국내 로봇 연구가 국제 학술 무대에서 인정받는 첫 사례가 되었다. 이번 기사에서는 그 배경, 기술적 핵심, 학술적 의미, 협업 구조, 그리고 향후 전망을 다섯 개의 주제로 정리한다.

라이보2 마라톤 완주 배경

2024년 11월, 상주 곶감 마라톤 대회는 일반인뿐 아니라 로봇도 공식 참가자로 등록할 수 있는 특별 구간을 마련했다. 라이보2는 이 구간에 사전 신청을 통해 참가했으며, 실제 마라톤 코스인 42.195km를 그대로 달렸다. 대회 조직위원회는 로봇이 인간과 동일한 규정에 따라 출발·도착 시점을 기록하도록 허용했고, 이는 로봇의 실시간 주행 데이터를 객관적으로 측정할 수 있는 환경을 제공했다.

황보제민 교수팀은 이번 실험을 통해 사족보행 로봇의 장거리 주행 안정성을 검증하고, 실제 환경에서의 에너지 소비 모델을 구축하고자 했다. 마라톤 코스는 평지와 약간의 경사, 도로 표면 변화가 혼재돼 로봇의 제어 알고리즘이 다양한 지형에 적응하도록 설계되었다. 연구진은 실험 전 시뮬레이션과 소규모 트랙 테스트를 거쳐 최적의 보행 패턴을 도출했으며, 이를 현장 적용해 성공적인 완주를 이끌어냈다.

완주 결과는 공식 기록으로 남았으며, 로봇은 중간에 배터리 교체나 충전 없이 한 번의 충전만으로 전체 구간을 소화했다. 이는 기존 사족 로봇이 보통 10km 이하의 거리만 주행할 수 있던 한계를 크게 뛰어넘는 성과다.

배터리 하나로 42km 주행 메커니즘

라이보2는 고밀도 리튬이온 배터리 하나를 탑재했으며, 배터리 용량과 무게의 최적 균형을 맞추기 위해 전력 관리 회로를 자체 설계했다. 전력 소비를 최소화하는 핵심 기술은 에너지 효율적인 보행 알고리즘으로, 다리마다 독립적인 토크 제어와 스프링-댐퍼 시스템을 결합해 충격을 흡수하면서도 추진력을 유지한다.

특히 로봇은 초당 약 2미터의 속도로 움직이며, 보행 주기를 0.8초 수준으로 빠르게 전환한다. 이때 각 다리의 착지 시점과 지면 반발력을 실시간으로 계산해 에너지 손실을 최소화한다. 결과적으로 배터리 하나로 4시간 20분 가량의 연속 주행이 가능했으며, 배터리 잔량은 완주 직후에도 약 34% 수준을 유지했다.

연구팀은 배터리 관리 시스템에 예측 기반 전력 할당 알고리즘을 적용해, 코스의 경사와 속도 요구에 따라 전력을 동적으로 재분배했다. 이러한 기술은 향후 장거리 탐사 로봇이나 재난 구호 로봇에 적용될 경우, 현장 충전 인프라가 부족한 상황에서도 오랜 시간 작동할 수 있는 기반이 된다.

네이처 본지 게재 의미와 평가

이번 논문은 네이처 본지에 실린 최초의 한국 로봇 연구 사례다. 국제적인 피어 리뷰 과정을 거친 결과, 연구진이 제시한 장거리 보행 모델과 에너지 관리 전략이 기존 학계에 크게 기여한다는 평가를 받았다. 논문은 로봇의 물리적 설계, 제어 알고리즘, 실험 데이터 분석을 포괄적으로 다루며, 특히 실험 환경을 실제 마라톤 코스로 설정한 점이 혁신적이라고 언급되었다.

학술지 편집자는 “이번 연구는 로봇이 인간과 동일한 물리적 도전을 극복할 수 있음을 증명했으며, 에너지 효율성 측면에서 새로운 패러다임을 제시한다”고 평가했다. 또한, 한국 로봇 기술이 세계 최고 수준으로 도약했음을 알리는 중요한 신호로 해석되었다.

네이처에 실린 논문은 이후 로봇 공학 분야의 여러 학술 대회와 저널에서 인용되며, 사족보행 로봇의 장거리 적용 가능성을 논의하는 기반 자료로 활용될 전망이다.

KAIST와 라이온로보틱스의 협업 모델

라이보2 프로젝트는 KAIST 기계공학과 황보제민 교수팀과 KAIST 교원 창업 기업인 라이온로보틱스가 공동으로 진행했다. 연구팀은 기본 설계와 알고리즘을 대학에서 개발하고, 라이온로보틱스는 이를 실용화하기 위한 하드웨어 제조와 테스트를 담당했다. 이러한 산학 협력 구조는 연구 성과를 빠르게 시장에 적용할 수 있는 장점을 제공한다.

프로젝트 초기 단계에서 양측은 기술 이전 계약을 체결했으며, 연구비와 인프라를 공유함으로써 비용 효율성을 높였다. 라이온로보틱스는 이후 라이보2의 상용화 가능성을 검토하며, 군사·재난 구호·물류 분야에 맞춘 변형 모델 개발을 계획 중이다.

협업 결과는 단순 논문 발표를 넘어, 실제 제품화 단계까지 이어지는 모델로 평가받고 있다. 이는 한국 로봇 산업이 연구 중심에서 사업 중심으로 전환하는 중요한 사례로 손꼽힌다.

미래 로봇 이동성 기술 전망

라이보2의 성공은 사족보행 로봇이 장거리 이동성을 확보할 수 있음을 입증했으며, 향후 다양한 분야에 적용될 가능성을 열어준다. 재난 현장에서는 전력 공급이 어려운 상황에서도 긴 시간 동안 탐색·구조 작업을 수행할 수 있고, 물류 현장에서는 넓은 창고나 복합 지형을 자유롭게 이동하며 물품을 운반할 수 있다.

또한, 연구팀은 현재 배터리 에너지 밀도를 더욱 높이는 차세대 배터리와 태양광 보조 전력 시스템을 결합한 연구를 진행 중이다. 이러한 기술이 상용화되면 로봇은 하루 종일 충전 없이 작동할 수 있어, 지속 가능한 자동화 시스템 구축에 핵심 역할을 할 것으로 기대된다.

궁극적으로 사족보행 로봇은 인간이 접근하기 어려운 지형에서도 효율적으로 움직일 수 있는 플랫폼으로 자리매김할 것이며, 라이보2의 사례는 그 가능성을 실증하는 첫 번째 이정표가 될 것이다.